Biologia(z greckiego. bios– życie + logo- słowo, doktryna) - nauka badająca życie jako zjawisko zajmujące szczególne miejsce we wszechświecie. Wraz z innymi naukami badającymi przyrodę (fizyka, chemia, astronomia, geologia itp.) należy do nauk przyrodniczych. Zwykle również wyodrębnia się nauki humanistyczne na niezależną grupę (studium praw istnienia i rozwoju osoby, społeczeństwa ludzkiego); należą do nich socjologia, psychologia, antropologia, etnografia itp.
Fenomen człowieka (jako istoty biospołecznej) jest przedmiotem zainteresowania zarówno nauk przyrodniczych, jak i humanistycznych. Ale biologia odgrywa szczególną rolę, będąc łącznikiem między nimi. Ten wniosek opiera się na współczesnych ideach dotyczących rozwoju przyrody, które doprowadziły do powstania życia. W procesie ewolucji żywych organizmów powstała osoba z jakościowo nowymi właściwościami - rozumem, mową, zdolnością do twórczej aktywności, społecznym sposobem życia itp.
Istnienie i rozwój przyrody nieożywionej podlega prawom fizykochemicznym. Wraz z pojawieniem się żywych organizmów zaczynają się przeprowadzać procesy biologiczne mające zasadniczo inny charakter i podlegające innym prawom - biologiczny. Należy jednak zauważyć, że wraz z tym zachowane są procesy fizykochemiczne, które leżą u podstaw powstających (jakościowo różnych i osobliwych) zjawisk biologicznych.
Specyficzne cechy i właściwości społeczne osoby nie wykluczają jej naturalnej przynależności. W ludzkim ciele zachodzą zarówno procesy fizykochemiczne, jak i biologiczne (jak we wszystkich żywych istotach). Jednak jednostka może w pełni rozwinąć się tylko w społeczeństwie, w komunikacji z innymi ludźmi. Tylko w ten sposób można opanować mowę i zdobyć wiedzę, umiejętności i zdolności. Podstawowa różnica polega na tym, że istnienie i rozwój ludzkości opierają się na jej zdolności do poznania, gromadzenia wiedzy z pokolenia na pokolenie, do działalności produkcyjnej.
Naprawdę wspaniałe osiągnięcia nauki, w tym biologii, w XX wieku. znacznie poszerzyło i pogłębiło nasze rozumienie zarówno jedności natury i człowieka, jak i ich złożonych relacji. Na przykład dane środowiskowe pokazały, że żywe organizmy, w tym ludzie, są nie tylko zależne od natury, ale także działają jako potężny czynnik wpływający zarówno na przyrodę, jak i przestrzeń. Dotyczy to w szczególności atmosfery ziemskiej, formowania się rozległych warstw geologicznych, formowania się systemów wyspowych itp. Ludzkość ma obecnie najsilniejszy wpływ na żywą i nieożywioną przyrodę planety.
Dzisiejsza biologia to kompleks nauk, który bada różnorodne istoty żywe, ich budowę i funkcjonowanie, rozmieszczenie, pochodzenie i rozwój, a także naturalne zbiorowiska organizmów, ich wzajemne relacje, z przyrodą nieożywioną i człowiekiem.
Oprócz ogólnego znaczenia poznawczego, biologia odgrywa ogromną rolę dla człowieka, będąc od dawna teoretyczną podstawą medycyny, weterynarii, agronomii i hodowli zwierząt.
Obecnie istnieją gałęzie produkcji oparte na biotechnologia, tj. wykorzystują żywe organizmy w procesie produkcyjnym. Możemy wymienić przemysł spożywczy, farmaceutyczny, chemiczny itp.
Ogromne znaczenie w związku z problemem relacji człowieka z naturą mają także różne nauki biologiczne. Tylko na gruncie naukowym możliwe jest rozwiązanie takich problemów, jak racjonalne wykorzystanie zasobów naturalnych, oszczędny stosunek do otaczającego nas świata, kompetentna organizacja działań na rzecz ochrony środowiska.
„Biologia ogólna” to przedmiot stanowiący najważniejszy etap edukacji biologicznej uczniów szkół średnich. Opiera się na wiedzy, umiejętnościach i zdolnościach, które zostały już nabyte w badaniach botaniki, zoologii i biologii człowieka.
Począwszy od 6 klasy poznałeś różne grupy żywych organizmów: wirusy, bakterie, grzyby, rośliny, zwierzęta. Poznałeś ich budowę i funkcjonowanie, różnorodność form, rozmieszczenie itp. W 8 klasie przedmiotem zajęć z biologii był człowiek i jego specyfika jako istoty biospołecznej.
Biologia ogólna, w przeciwieństwie do innych dyscyplin specjalistycznych, bierze pod uwagę to, co mówi sama nazwa, ogólny(dla wszystkich żywych organizmów) osobliwe właściwości i cechy wszystkiego żywy ogólne wzorce organizacji, życia, rozwoju, tkwiące we wszystkich formach życie.
Rozdział 1 Esencja życia
§ 1. Definicja życia i podstawowe właściwości żyjącego”
Jednym z wyzwań stojących przed każdą nauką jest potrzeba tworzenia definicje, tj. e. krótkie wypowiedzi, dając jednak kompletny przedstawienie istoty przedmiotu lub zjawiska. W biologii istnieją dziesiątki opcji definiowania życia, ale żadna z nich nie spełnia jednocześnie dwóch wspomnianych wyżej wymagań. Albo definicja zajmuje 2-3 strony księgi, albo niektóre ważne cechy żywych są z niej „porzucane”.
Życie w swoich specyficznych przejawach na Ziemi jest reprezentowane przez różnorodne formy organizmów. Zgodnie ze współczesną wiedzą biologiczną można wyróżnić zestaw właściwości, które należy uznać za wspólne dla wszystkie żywe istoty i które odróżniają je od ciał przyrody nieożywionej. Tak więc do koncepcji życie dojdziemy do zrozumienia specyficznych właściwości żywych organizmów.
Specyfika składu chemicznego. Różnica między żywymi a nieożywionymi wyraźnie manifestuje się już na poziomie ich składu chemicznego. Bardzo często można znaleźć frazę „przyroda ekologiczna” jako synonim „przyrody”. I to jest absolutnie sprawiedliwe. Wszystko substancje organiczne powstają w żywych organizmach w trakcie ich życiowej aktywności. Jak mówią eksperci, biogeniczny(tj. stworzony przez żywe istoty). Co więcej, to substancje organiczne decydują o możliwości istnienia samych żywych organizmów. Na przykład kwasy nukleinowe zawierają informacje dziedziczne (genetyczne); białka określają strukturę, zapewniają ruch, regulację wszystkich procesów życiowych; cukry (węglowodany) pełnią funkcje energetyczne itp. Nie ma na Ziemi ani jednej żywej istoty, która nie byłaby kombinacją białek i kwasów nukleinowych.
Substancje organiczne mają bardziej złożone cząsteczki niż nieorganiczne i charakteryzują się nieskończoną różnorodnością, która, jak zobaczymy poniżej, w dużej mierze determinuje różnorodność organizmów żywych.
Strukturalna organizacja istot żywych. Nawet w klasach podstawowych, na lekcjach botaniki i zoologii, powiedziano ci, że naukowcy T. Schwann i M. Schleiden (1839) sformułowali komórkową teorię budowy wszystkich roślin i zwierząt. Klatka została uznana jednostka konstrukcyjna i funkcjonalna wszelkie żywe istoty. Oznacza to, że ich ciała zbudowane są z komórek (są też jednokomórkowe), a o realizacji życiowej czynności organizmu decydują procesy zachodzące wewnątrz samych komórek. Pamiętaj też, że komórki wszystkich roślin i zwierząt mają podobną budowę (mają błona, cytoplazma, jądro, organelle).
Ale już na tym poziomie się pojawia złożoność strukturalna organizacja życia. W komórce jest wiele różnych składników (organelli). Taka niejednorodność jego składu wewnętrznego pozwala na jednoczesne przeprowadzanie setek i tysięcy reakcji chemicznych na tak małej przestrzeni.
To samo dotyczy organizmów wielokomórkowych. Z różnych komórek powstają różne tkanki, narządy, układy narządów (pełniące różne funkcje), które razem tworzą złożony i niejednorodny integralny układ - żywy organizm.
metabolizm w organizmach żywych. Wszystkie żywe organizmy mają wrodzoną wymianę materii i energii ze środowiskiem.
F. Engelsa pod koniec XIX wieku. wyróżnił tę właściwość żywych, głęboko doceniając jej znaczenie. Oferując swoją definicję życia, napisał:
Życie jest sposobem istnienia ciał białkowych, którego zasadniczym punktem jest ciągła wymiana substancji z otaczającą je przyrodą zewnętrzną, a wraz z ustaniem tego metabolizmu życie również ustaje, co prowadzi do rozkładu białek.
A ciała nieorganiczne też mogą mieć metabolizm... Różnica polega jednak na tym, że w przypadku ciał nieorganicznych metabolizm je niszczy, podczas gdy w przypadku ciał organicznych jest to warunek konieczny ich istnienia.
W tym procesie żywy organizm otrzymuje potrzebne mu substancje jako materiał do wzrostu, odbudowy zniszczonych („zużytych”) składników oraz jako źródło energii do podtrzymywania życia. Powstałe w ten sposób substancje szkodliwe lub niepotrzebne dla organizmu (dwutlenek węgla, mocznik, woda itp.) są wydalane do środowiska zewnętrznego.
Samoreprodukcja (reprodukcja) organizmów. reprodukcja- reprodukcja własnego gatunku - najważniejszy warunek kontynuacji życia. Poszczególny organizm jest śmiertelny, jego długość życia jest ograniczona, a rozmnażanie zapewnia ciągłość egzystencji gatunków, więcej niż kompensuje naturalną śmierć osobników.
Dziedziczność i zmienność.
Dziedziczność- zdolność organizmów do przekazywania z pokolenia na pokolenie całego zestawu cech zapewniających zdolność przystosowania się organizmów do środowiska.
Zapewnia podobieństwo, podobieństwo organizmów różnych pokoleń. To nie przypadek, że synonimem reprodukcji jest słowo samoreprodukcja. Z osobników jednego pokolenia wyłaniają się osobniki nowego pokolenia, podobne do siebie. Dziś mechanizm dziedziczenia jest dobrze znany. Informacje dziedziczne (tj. informacje o cechach, właściwościach i właściwościach organizmów) są szyfrowane w kwasach nukleinowych i przekazywane z pokolenia na pokolenie w procesie reprodukcji organizmów.
Oczywiście przy „twardej” dziedziczności (tj. bezwzględnej powtarzalności cech rodzicielskich) na tle zmieniających się warunków środowiskowych przetrwanie organizmów byłoby niemożliwe. Organizmy nie mogły rozwijać nowych siedlisk. Wreszcie, proces ewolucyjny, tworzenie się nowych gatunków, również zostałby wykluczony. Jednak żywe organizmy również mają zmienność,przez co rozumie się ich zdolność do nabywania nowych cech i utraty starych. Rezultatem jest różnorodność osobników należących do tego samego gatunku. Zmienność może występować zarówno u poszczególnych osobników podczas ich indywidualnego rozwoju, jak i w grupie organizmów w ciągu pokoleń podczas reprodukcji.
Indywidualny (ontogeneza) i historyczny (ewolucyjny; filogeneza) rozwój organizmów. Każdy organizm w ciągu swojego życia (od momentu powstania do naturalnej śmierci) ulega regularnym zmianom, które nazywamy indywidualny rozwój. Następuje wzrost wielkości i masy ciała - wzrost, powstawanie nowych struktur (czasami towarzyszy niszczenie już istniejących - np. utrata ogona przez kijanki i tworzenie parzystych kończyn), reprodukcja i wreszcie koniec istnienia.
Ewolucja organizmów jest nieodwracalnym procesem historycznego rozwoju istot żywych, podczas którego obserwuje się sukcesywną zmianę gatunków w wyniku zanikania dotychczas istniejących i pojawiania się nowych. Ze swej natury ewolucja jest progresywna, ponieważ organizacja (struktura, funkcjonowanie) żywych istot przeszła przez wiele etapów - przedkomórkowe formy życia, organizmy jednokomórkowe, coraz bardziej złożone organizmy wielokomórkowe i tak dalej, aż do ludzi. Konsekwentne komplikowanie organizacji prowadzi do wzrostu żywotności organizmów, ich zdolności adaptacyjnych.
Drażliwość i ruch. Niezbędna właściwość żywych istot drażliwość(zdolność do postrzegania bodźców zewnętrznych lub wewnętrznych (wpływu) i odpowiedniego reagowania na nie). Przejawia się zmianami w metabolizmie (np. zmniejszeniem godzin dziennych i spadkiem temperatury otoczenia jesienią u roślin i zwierząt), reakcjami motorycznymi (patrz niżej) i wysoce zorganizowanymi zwierzętami (w tym ludźmi) charakteryzują się zmianami w zachowaniu.
Charakterystyczną reakcją na podrażnienie u prawie wszystkich żywych istot jest: ruch,tj. przemieszczenie przestrzenne cały organizm lub poszczególne części jego ciała. Jest to charakterystyczne zarówno dla organizmów jednokomórkowych (bakterie, ameby, orzęski, glony), jak i wielokomórkowych (prawie wszystkie zwierzęta). Niektóre komórki wielokomórkowe (na przykład fagocyty krwi zwierząt i ludzi) również mają mobilność. Rośliny wielokomórkowe, w porównaniu ze zwierzętami, charakteryzują się niską ruchliwością, mają jednak również szczególne formy manifestacji reakcji motorycznych. Istnieją dwa rodzaje aktywnych ruchów: wzrost I skurczony. Do tych pierwszych, wolniejszych, zalicza się np. wyciąganie w kierunku światła łodyg roślin domowych rosnących na oknie (ze względu na ich jednostronne podświetlenie). Ruchy kurczliwe obserwuje się u roślin owadożernych (na przykład szybkie składanie liści rosiczki podczas łapania lądujących na niej owadów).
Zjawisko drażliwości leży u podstaw reakcji organizmów, dzięki czemu są one wspierane homeostaza.
homeostaza- jest to zdolność organizmu do przeciwstawiania się zmianom i utrzymywania względnej stałości środowiska wewnętrznego (utrzymywanie określonej temperatury ciała, ciśnienia krwi, składu soli, kwasowości itp.).
Z powodu drażliwości organizmy mają zdolność: dostosowanie.
Pod dostosowanie odnosi się do procesu adaptacji organizmu do określonych warunków środowiskowych.
Kończąc rozdział poświęcony określeniu podstawowych właściwości organizmów żywych, możemy wysnuć następujący wniosek.
Różnica między organizmami żywymi a obiektami natury nieożywionej nie polega na obecności pewnych „nieuchwytnych”, nadprzyrodzonych właściwości (wszystkie prawa fizyki i chemii są również prawdziwe dla organizmów żywych), ale na wysokiej złożoności strukturalnej i funkcjonalnej systemów żywych . Cecha ta obejmuje wszystkie omówione powyżej właściwości organizmów żywych i sprawia, że stan życia jest jakościowo nową właściwością materii.
§ 2. Poziomy organizacji życia”
Do lat sześćdziesiątych w biologii istnieje idea poziomy organizacji żyjących jako konkretny wyraz coraz bardziej złożonego porządku świata organicznego.Życie na Ziemi reprezentują organizmy o specyficznej strukturze, należące do pewnych grup systematycznych (gatunków), a także społeczności o różnym stopniu złożoności (biogeocenoza, biosfera). Z kolei organizmy charakteryzują się organizacją narządową, tkankową, komórkową i molekularną. Każdy organizm z jednej strony składa się z podległych mu wyspecjalizowanych układów organizacyjnych (narządy, tkanki itp.), z drugiej zaś sam jest stosunkowo izolowaną jednostką w składzie ponadorganizacyjnych układów biologicznych (gatunki, biogeocenozy i biosfera jako całość). Poziomy organizacji materii żywej pokazano na ryc. jeden.
Ryż. 1. Poziomy organizacji życia
Wszystkie wykazują takie właściwości życia, jak: dyskrecja I integralność. Ciało składa się z różnych elementów – organów, ale jednocześnie, dzięki ich wzajemnemu oddziaływaniu, jest integralne. Gatunek jest również systemem integralnym, choć tworzą go odrębne jednostki – osobniki, jednak ich wzajemne oddziaływanie utrzymuje integralność gatunku.
Istnienie życia na wszystkich poziomach zapewnia struktura najniższej rangi. Na przykład charakter komórkowego poziomu organizacji jest determinowany przez poziomy subkomórkowe i molekularne; organizm - narząd; tkankowy, komórkowy; gatunki - organizmy itp.
Na szczególną uwagę zasługuje duże podobieństwo jednostek organizacyjnych na niższych poziomach oraz coraz większa różnica na wyższych poziomach (tab. 1).
Tabela 1
Charakterystyka poziomów organizacji życia
Rozdział 2
§ 1. Zasady klasyfikacji organizmów żywych
Żywy świat naszej planety jest nieskończenie różnorodny i obejmuje ogromną liczbę gatunków organizmów, jak widać z tabeli. 2.
Tabela 2
Liczba gatunków głównych grup istot żywych
W rzeczywistości, zdaniem ekspertów, obecnie na Ziemi żyje dwa razy więcej gatunków niż nauka wie. Każdego roku w publikacjach naukowych opisuje się setki i tysiące nowych gatunków.
W procesie poznawania wielu obiektów (obiektów, zjawisk), porównywanie ich właściwości i znaki, ludzie wytwarzają Klasyfikacja. Następnie podobne (podobne, podobne) obiekty są łączone w grupy. Podział grup oparty jest na: różnice między badanymi przedmiotami. W ten sposób budowany jest system, który obejmuje wszystkie badane obiekty (np. minerały, pierwiastki chemiczne lub organizmy) i ustala relacje między nimi.
Systematyka jak niezależna dyscyplina biologiczna radzi sobie z problemami Klasyfikacja organizmy i budynki systemyżywa natura.
Próby klasyfikacji organizmów podejmowano już w starożytności. Przez długi czas w nauce istniał system opracowany przez Arystotelesa (IV wiek p.n.e.). Podzielił wszystkie znane organizmy na dwa królestwa - rośliny I Zwierząt, używanie jako cech wyróżniających nieruchomość I niewrażliwość pierwszy w porównaniu z drugim. Ponadto Arystoteles podzielił wszystkie zwierzęta na dwie grupy: „zwierzęta z krwią” i „zwierzęta bez krwi”, co generalnie odpowiada współczesnemu podziałowi na kręgowce i bezkręgowce. Następnie wyróżnił szereg mniejszych grup, kierując się różnymi cechami charakterystycznymi.
Oczywiście z punktu widzenia współczesnej nauki system Arystotelesa wydaje się niedoskonały, ale konieczne jest uwzględnienie ówczesnego poziomu wiedzy faktograficznej. Jego praca opisuje tylko 454 gatunki zwierząt, a możliwości metod badawczych były bardzo ograniczone.
Przez prawie dwa tysiąclecia w botanice i zoologii gromadzono materiał opisowy, co zapewniło rozwój taksonomii w XVII–XVIII w., czego kulminacją był oryginalny system organizmów C. Linneusza (1707–1778), który zyskał szerokie uznanie. Bazując na doświadczeniach swoich poprzedników i nowych faktach odkrytych przez siebie, Linneusz położył podwaliny pod nowoczesną taksonomię. Jego książka, wydana pod tytułem The System of Nature, została wydana w 1735 roku.
Jako podstawową jednostkę klasyfikacji Linneusz przyjął formę; wprowadził do użytku naukowego takie pojęcia, jak „rodzaj”, „rodzina”, „oderwanie” i „klasa”; zachował podział organizmów na królestwa roślin i zwierząt. Sugerowane wprowadzenie nomenklatura binarna(która jest nadal używana w biologii), tj. przypisanie każdemu gatunkowi nazwy łacińskiej składającej się z dwóch słów. Pierwszy – rzeczownik – to nazwa rodzaju, który łączy grupę pokrewnych gatunków. Drugie słowo, zwykle przymiotnik, to nazwa gatunku. Na przykład gatunki „jaskier kaustyczny” i „jaskier pełzający”; „złoty karaś” i „srebrny karaś”.
Później, na początku XIX wieku, J. Cuvier wprowadził do systemu pojęcie „typu” jako najwyższej jednostki klasyfikacji zwierząt (w botanice – „wydział”).
Szczególne znaczenie dla powstania nowoczesnej taksonomii miało pojawienie się nauk ewolucyjnych Ch.Darwina (1859). Naukowe systemy organizmów żywych powstałe w okresie przeddarwinowskim były sztuczny. Dość formalnie łączyli organizmy w grupy według podobnych cech zewnętrznych, nie przywiązując wagi do ich więzów rodzinnych. Idee Karola Darwina dostarczyły nauce metody konstruowania system naturalnyŻyjący świat. Oznacza to, że musi opierać się na niektórych kluczowy, podstawowe właściwości sklasyfikowanych obiektów - organizmy.
Spróbujmy przez analogię zbudować „naturalny system” takich obiektów jak książki na przykładzie osobistej biblioteki. Na życzenie możemy ułożyć książki na półkach szafek, grupując je według formatu lub koloru grzbietów. Ale w takich przypadkach zostanie stworzony „sztuczny system”, ponieważ „przedmioty” (książki) są klasyfikowane według drugorzędnych, „nieistotnych” właściwości. „Naturalnym” „systemem” byłaby biblioteka, w której książki są pogrupowane według ich zawartości. W tej szafie mamy literaturę naukową: na jednej półce książki o fizyce, na drugiej - o chemii itp. W innej szafie - beletrystykę: prozę, poezję, folklor. W ten sposób zrealizowaliśmy klasyfikację dostępnych książek według głównej właściwości, zasadniczej jakości - ich zawartości. Mając teraz „system naturalny”, możemy z łatwością orientować się w mnogości rozmaitych „obiektów”, które go tworzą. A po nabyciu nowej książki bez problemu znajdziemy dla niej miejsce w konkretnej szafce i na odpowiedniej półce, czyli w „systemie”.
Natalia Siergiejewna Kurbatowa, E. A. Kozłowa
Biologia ogólna
1. Historia rozwoju teorii komórki
Warunkiem wstępnym stworzenia teorii komórki było wynalezienie i udoskonalenie mikroskopu oraz odkrycie komórek (1665, R. Hooke - podczas badania kawałka kory drzewa korkowego, czarnego bzu itp.). Prace znanych mikroskopistów: M. Malpighi, N. Gru, A. van Leeuwenhoeka - umożliwiły zobaczenie komórek organizmów roślinnych. A. van Leeuwenhoek odkrył w wodzie organizmy jednokomórkowe. Najpierw zbadano jądro komórkowe. R. Brown opisał jądro komórki roślinnej. Ya E. Purkine wprowadził pojęcie protoplazmy - płynnej galaretowatej zawartości komórkowej.
Niemiecki botanik M. Schleiden jako pierwszy doszedł do wniosku, że każda komórka ma jądro. Założycielem CT jest niemiecki biolog T. Schwann (wraz z M. Schleiden), który w 1839 r. opublikował pracę „Badania mikroskopowe nad zgodnością w budowie i wzroście zwierząt i roślin”. Jego przepisy:
1) komórka - główna jednostka strukturalna wszystkich żywych organizmów (zarówno zwierząt, jak i roślin);
2) jeśli w jakiejkolwiek formacji znajduje się jądro widoczne pod mikroskopem, można je uznać za komórkę;
3) proces powstawania nowych komórek warunkuje wzrost, rozwój, różnicowanie komórek roślinnych i zwierzęcych.
Uzupełnienia do teorii komórkowej wprowadził niemiecki naukowiec R. Virchow, który w 1858 r. opublikował swoją pracę „Patologia komórkowa”. Udowodnił, że komórki potomne powstają przez podział komórek macierzystych: każda komórka z komórki. Pod koniec XIX wieku. mitochondria, kompleks Golgiego i plastydy znaleziono w komórkach roślinnych. Chromosomy wykryto po wybarwieniu dzielących się komórek specjalnymi barwnikami. Nowoczesne przepisy CT
1. Komórka - podstawowa jednostka budowy i rozwoju wszystkich organizmów żywych, jest najmniejszą jednostką strukturalną żyjących.
2. Komórki wszystkich organizmów (zarówno jednokomórkowych, jak i wielokomórkowych) są podobne pod względem składu chemicznego, budowy, podstawowych przejawów metabolizmu i aktywności życiowej.
3. Reprodukcja komórek następuje przez ich podział (każda nowa komórka powstaje podczas podziału komórki macierzystej); w złożonych organizmach wielokomórkowych komórki mają różne kształty i specjalizują się zgodnie z ich funkcjami. Podobne komórki tworzą tkanki; tkanki składają się z narządów, które tworzą układy narządów, są ściśle ze sobą powiązane i podlegają nerwowym i humoralnym mechanizmom regulacji (w organizmach wyższych).
Znaczenie teorii komórki
Stało się jasne, że komórka jest najważniejszym składnikiem organizmów żywych, ich głównym składnikiem morfofizjologicznym. Komórka jest podstawą organizmu wielokomórkowego, miejscem procesów biochemicznych i fizjologicznych w organizmie. Na poziomie komórkowym ostatecznie zachodzą wszystkie procesy biologiczne. Teoria komórki pozwoliła wyciągnąć wniosek o podobieństwie składu chemicznego wszystkich komórek, ogólnym planie ich budowy, co potwierdza jedność filogenetyczną całego świata żywego.
2. Życie. Właściwości żywej materii
Życie jest makromolekularnym układem otwartym, który charakteryzuje się hierarchiczną organizacją, zdolnością do samoodtwarzania, samozachowawczym i samoregulacyjnym, metabolizmem, precyzyjnie regulowanym przepływem energii.
Właściwości żywych konstrukcji:
1) samoaktualizacja. Podstawą metabolizmu są zrównoważone i wyraźnie powiązane ze sobą procesy asymilacji (anabolizm, synteza, tworzenie nowych substancji) i dysymilacji (katabolizm, rozpad);
2) samoreprodukcja. W związku z tym żywe struktury są stale odtwarzane i aktualizowane, nie tracąc ich podobieństwa do poprzednich pokoleń. Kwasy nukleinowe są w stanie przechowywać, przekazywać i odtwarzać informacje dziedziczne, a także realizować je poprzez syntezę białek. Informacje przechowywane w DNA są przenoszone do cząsteczki białka za pomocą cząsteczek RNA;
3) samoregulacja. Opiera się na zestawie przepływów materii, energii i informacji przez żywy organizm;
4) drażliwość. Wiąże się z przekazywaniem informacji z zewnątrz do dowolnego układu biologicznego i odzwierciedla reakcję tego układu na bodziec zewnętrzny. Dzięki drażliwości organizmy żywe są w stanie wybiórczo reagować na warunki środowiska i wydobywać z niego tylko to, co jest niezbędne do ich istnienia;
5) utrzymanie homeostazy – względna dynamiczna stałość środowiska wewnętrznego organizmu, parametry fizykochemiczne istnienia układu;
6) organizacja strukturalna – uporządkowanie, stwierdzony w badaniu system ożywiony – biogeocenozy;
7) adaptacja - zdolność żywego organizmu do ciągłej adaptacji do zmieniających się warunków bytowania w środowisku;
8) reprodukcja (reprodukcja). Ponieważ życie istnieje w formie oddzielnych systemów żywych, a istnienie każdego takiego systemu jest ściśle ograniczone w czasie, utrzymanie życia na Ziemi wiąże się z reprodukcją systemów żywych;
9) dziedziczność. Zapewnia ciągłość między pokoleniami organizmów (na podstawie przepływów informacji). Ze względu na dziedziczność z pokolenia na pokolenie przekazywane są cechy, które zapewniają adaptację do środowiska;
10) zmienność - dzięki zmienności żywy system nabywa cechy, które wcześniej były dla niego nietypowe. Przede wszystkim zmienność wiąże się z błędami w reprodukcji: zmiany w strukturze kwasów nukleinowych prowadzą do pojawienia się nowej informacji dziedzicznej;
11) rozwój indywidualny (proces ontogenezy) – ucieleśnienie początkowej informacji genetycznej osadzonej w strukturze cząsteczek DNA w działające struktury organizmu. Podczas tego procesu przejawia się taka właściwość, jak zdolność do wzrostu, co wyraża się wzrostem masy i wielkości ciała;
12) rozwój filogenetyczny. Oparta na progresywnej reprodukcji, dziedziczeniu, walce o byt i selekcji. W wyniku ewolucji pojawiła się ogromna liczba gatunków;
13) dyskretność (nieciągłość) i jednocześnie integralność. Życie jest reprezentowane przez zbiór pojedynczych organizmów lub osobników. Z kolei każdy organizm jest również odrębny, ponieważ składa się z zestawu narządów, tkanek i komórek.
3. Poziomy organizacji życia
Żywa natura to holistyczny, ale niejednorodny system, który charakteryzuje się hierarchiczną organizacją. System hierarchiczny to taki system, w którym części (lub elementy całości) są ułożone w kolejności od najwyższej do najniższej.
Mikrosystemy (stadium przedorganizmowe) obejmują poziomy molekularne (molekularno-genetyczne) i subkomórkowe.
Mezosystemy (stadium organizmu) obejmują poziomy komórkowe, tkankowe, narządowe, ogólnoustrojowe, organizmowe (organizm jako całość) lub ontogenetyczne.
Makrosystemy (stadium supraorganistyczne) obejmują poziomy populacyjne, biocenotyczne i globalne (biosferę jako całość). Na każdym poziomie można wyróżnić elementarną jednostkę i zjawisko.
Jednostka elementarna (EE) to struktura (lub obiekt), której regularne zmiany (zjawiska elementarne, EE) przyczyniają się do rozwoju życia na danym poziomie.
Poziomy hierarchiczne:
1) molekularny poziom genetyczny. EE jest reprezentowany przez genom. Gen to fragment cząsteczki DNA (a w niektórych wirusach cząsteczka RNA), która jest odpowiedzialna za tworzenie dowolnej cechy;
2) poziom subkomórkowy. EE jest reprezentowana przez pewną strukturę subkomórkową, tj. Organellę, która spełnia swoje nieodłączne funkcje i przyczynia się do pracy komórki jako całości;
3) poziom komórkowy. EE to komórka, która jest samodzielnym elementem podstawowym
1. Teoria komórki (CT) Podstawy teorii komórki
Warunkiem wstępnym stworzenia teorii komórki było wynalezienie i udoskonalenie mikroskopu oraz odkrycie komórek (1665, R. Hooke - podczas badania kawałka kory drzewa korkowego, czarnego bzu itp.). Prace znanych mikroskopistów: M. Malpighi, N. Gru, A. van Leeuwenhoeka - umożliwiły zobaczenie komórek organizmów roślinnych. A. van Leeuwenhoek odkrył w wodzie organizmy jednokomórkowe. Najpierw zbadano jądro komórkowe. R. Brown opisał jądro komórki roślinnej. Ya E. Purkine wprowadził pojęcie protoplazmy - płynnej galaretowatej zawartości komórkowej.
Niemiecki botanik M. Schleiden jako pierwszy doszedł do wniosku, że każda komórka ma jądro. Założycielem CT jest niemiecki biolog T. Schwann (wraz z M. Schleiden), który w 1839 r. opublikował pracę „Badania mikroskopowe nad zgodnością w budowie i wzroście zwierząt i roślin”. Jego przepisy:
1) komórka - główna jednostka strukturalna wszystkich żywych organizmów (zarówno zwierząt, jak i roślin);
2) jeśli w jakiejkolwiek formacji znajduje się jądro widoczne pod mikroskopem, można je uznać za komórkę;
3) proces powstawania nowych komórek warunkuje wzrost, rozwój, różnicowanie komórek roślinnych i zwierzęcych. Uzupełnienia do teorii komórkowej wprowadził niemiecki naukowiec R. Virchow, który w 1858 r. opublikował swoją pracę „Patologia komórkowa”. Udowodnił, że komórki potomne powstają przez podział komórek macierzystych: każda komórka z komórki. Pod koniec XIX wieku. mitochondria, kompleks Golgiego i plastydy znaleziono w komórkach roślinnych. Chromosomy wykryto po wybarwieniu dzielących się komórek specjalnymi barwnikami. Nowoczesne przepisy CT
1. Komórka - podstawowa jednostka budowy i rozwoju wszystkich organizmów żywych, jest najmniejszą jednostką strukturalną żyjących.
2. Komórki wszystkich organizmów (zarówno jednokomórkowych, jak i wielokomórkowych) są podobne pod względem składu chemicznego, budowy, podstawowych przejawów metabolizmu i aktywności życiowej.
3. Reprodukcja komórek następuje przez ich podział (każda nowa komórka powstaje podczas podziału komórki macierzystej); w złożonych organizmach wielokomórkowych komórki mają różne kształty i specjalizują się zgodnie z ich funkcjami. Podobne komórki tworzą tkanki; tkanki składają się z narządów, które tworzą układy narządów, są ściśle ze sobą powiązane i podlegają nerwowym i humoralnym mechanizmom regulacji (w organizmach wyższych).
Znaczenie teorii komórki
Stało się jasne, że komórka jest najważniejszym składnikiem organizmów żywych, ich głównym składnikiem morfofizjologicznym. Komórka jest podstawą organizmu wielokomórkowego, miejscem procesów biochemicznych i fizjologicznych w organizmie. Na poziomie komórkowym ostatecznie zachodzą wszystkie procesy biologiczne. Teoria komórki pozwoliła wyciągnąć wniosek o podobieństwie składu chemicznego wszystkich komórek, ogólnym planie ich budowy, co potwierdza jedność filogenetyczną całego świata żywego.
2. Definicja życia na obecnym etapie rozwoju nauki”
Trudno podać pełną i jednoznaczną definicję pojęcia życia, biorąc pod uwagę ogromną różnorodność jego przejawów.
W większości definicji pojęcia życia, które były podawane przez wielu naukowców i myślicieli na przestrzeni wieków, brano pod uwagę wiodące cechy odróżniające żywych od nieożywionych. Na przykład Arystoteles powiedział, że życie to „odżywianie, wzrost i degradacja” ciała; A. L. Lavoisier zdefiniował życie jako „funkcję chemiczną”; G. R. Treviranus uważał, że życie jest „stabilną jednolitością procesów z różnicą wpływów zewnętrznych”. Jasne jest, że takie definicje nie mogły zadowolić naukowców, ponieważ nie odzwierciedlały (i nie mogły odzwierciedlać) wszystkich właściwości żywej materii. Ponadto obserwacje pokazują, że właściwości żywych nie są wyjątkowe i niepowtarzalne, jak się wcześniej wydawało, występują osobno wśród obiektów nieożywionych. AI Oparin zdefiniował życie jako „szczególną, bardzo złożoną formę ruchu materii”. Definicja ta odzwierciedla jakościową oryginalność życia, której nie można sprowadzić do prostych praw chemicznych lub fizycznych. Jednak nawet w tym przypadku definicja ma charakter ogólny i nie ujawnia specyfiki tego ruchu.
F. Engels w „Dialectics of Nature” napisał: „Życie jest sposobem istnienia ciał białkowych, których zasadniczym punktem jest wymiana materii i energii ze środowiskiem”.
Dla praktycznego zastosowania przydatne są te definicje, które zawierają podstawowe właściwości, które są nieodłącznie nieodłączne od wszystkich żywych form. Oto jeden z nich: życie jest makromolekularnym układem otwartym, który charakteryzuje się hierarchiczną organizacją, zdolnością do samoodtwarzania, samozachowawczym i samoregulacyjnym, metabolizmem, precyzyjnie regulowanym przepływem energii. Zgodnie z tą definicją życie jest rdzeniem porządku rozprzestrzeniającym się w mniej uporządkowanym wszechświecie.
Życie istnieje w formie systemów otwartych. Oznacza to, że każda żywa forma nie jest zamknięta tylko w sobie, ale nieustannie wymienia materię, energię i informacje z otoczeniem.
3. Podstawowe właściwości materii żywej
Te właściwości w kompleksie charakteryzują każdy żywy system i ogólnie życie:
1) samoaktualizacja. Związany z przepływem materii i energii. Podstawą metabolizmu są zrównoważone i wyraźnie powiązane ze sobą procesy asymilacji (anabolizm, synteza, tworzenie nowych substancji) i dyssymilacji (katabolizm, rozpad). W wyniku asymilacji struktury ciała są aktualizowane i powstają nowe części (komórki, tkanki, części narządów). Dysymilacja warunkuje rozkład związków organicznych, dostarcza komórce materię plastyczną i energię. Do powstania nowego potrzebny jest stały napływ niezbędnych substancji z zewnątrz, aw procesie życia (w szczególności dyssymilacji) powstają produkty, które należy wprowadzić do środowiska zewnętrznego;
2) samoreprodukcja. Zapewnia ciągłość między kolejnymi generacjami systemów biologicznych. Ta właściwość jest związana z przepływami informacji osadzonymi w strukturze kwasów nukleinowych. W związku z tym żywe struktury są stale odtwarzane i aktualizowane, nie tracąc ich podobieństwa do poprzednich pokoleń (pomimo ciągłego odnawiania się materii). Kwasy nukleinowe są w stanie przechowywać, przekazywać i odtwarzać informacje dziedziczne, a także realizować je poprzez syntezę białek. Informacje przechowywane w DNA są przenoszone do cząsteczki białka za pomocą cząsteczek RNA;
3) samoregulacja. Opiera się na zestawie przepływów materii, energii i informacji przez żywy organizm;
4) drażliwość. Wiąże się z przekazywaniem informacji z zewnątrz do dowolnego układu biologicznego i odzwierciedla reakcję tego układu na bodziec zewnętrzny. Dzięki drażliwości organizmy żywe są w stanie wybiórczo reagować na warunki środowiska i wydobywać z niego tylko to, co jest niezbędne do ich egzystencji. Drażliwość jest związana z samoregulacją żywych systemów zgodnie z zasadą sprzężenia zwrotnego: produkty odpadowe mogą mieć hamujący lub stymulujący wpływ na te enzymy, które były na początku długiego łańcucha reakcji chemicznych;
5) utrzymanie homeostazy (z gr. homoios - "podobny, identyczny" i stazy - "nieruchomość, stan") - względna dynamiczna stałość środowiska wewnętrznego organizmu, parametry fizykochemiczne istnienia układu;
6) organizacja strukturalna - pewien porządek, harmonia systemu żywego. Znajduje się w badaniu nie tylko pojedynczych organizmów żywych, ale także ich agregatów w związku ze środowiskiem - biogeocenoz;
7) adaptacja - zdolność żywego organizmu do ciągłej adaptacji do zmieniających się warunków bytowania w środowisku. Opiera się na drażliwości i jej charakterystycznych adekwatnych reakcjach;
8) reprodukcja (reprodukcja). Ponieważ życie istnieje w postaci oddzielnych (dyskretnych) systemów żywych (na przykład komórek), a istnienie każdego takiego systemu jest ściśle ograniczone w czasie, utrzymanie życia na Ziemi wiąże się z reprodukcją systemów żywych. Na poziomie molekularnym reprodukcja odbywa się poprzez syntezę macierzy, nowe cząsteczki powstają zgodnie z programem określonym w strukturze (macierzy) wcześniej istniejących cząsteczek;
9) dziedziczność. Zapewnia ciągłość między pokoleniami organizmów (na podstawie przepływów informacji).
Jest to ściśle związane z autoreprodukcją życia na poziomie molekularnym, subkomórkowym i komórkowym. Ze względu na dziedziczność z pokolenia na pokolenie przekazywane są cechy, które zapewniają adaptację do środowiska;
10) zmienność jest właściwością przeciwną do dziedziczności. Ze względu na zmienność żywy system nabiera cech, które wcześniej były dla niego niezwykłe. Przede wszystkim zmienność wiąże się z błędami w reprodukcji: zmiany w strukturze kwasów nukleinowych prowadzą do pojawienia się nowych informacji dziedzicznych. Pojawiają się nowe znaki i właściwości. Jeśli są przydatne dla organizmu w danym środowisku, to są zbierane i utrwalane przez dobór naturalny. Tworzone są nowe formy i typy. W ten sposób zmienność stwarza warunki wstępne dla specjacji i ewolucji;
11) rozwój indywidualny (proces ontogenezy) – ucieleśnienie początkowej informacji genetycznej osadzonej w strukturze cząsteczek DNA (tj. w genotypie) w działające struktury organizmu. Podczas tego procesu przejawia się taka właściwość, jak zdolność do wzrostu, co wyraża się wzrostem masy i wielkości ciała. Proces ten opiera się na reprodukcji cząsteczek, reprodukcji, wzroście i różnicowaniu komórek i innych struktur itp.;
12) rozwój filogenetyczny (jego wzorce ustalił C.R. Darwin). Oparta na progresywnej reprodukcji, dziedziczeniu, walce o byt i selekcji. W wyniku ewolucji pojawiła się ogromna liczba gatunków. Postępująca ewolucja przeszła szereg kroków. Są to organizmy przedkomórkowe, jednokomórkowe i wielokomórkowe aż do człowieka.
W tym samym czasie ontogeneza człowieka powtarza filogenezę (tj. indywidualny rozwój przechodzi przez te same etapy, co proces ewolucyjny);
13) dyskretność (nieciągłość) i jednocześnie integralność. Życie jest reprezentowane przez zbiór pojedynczych organizmów lub osobników. Z kolei każdy organizm jest również odrębny, ponieważ składa się z zestawu narządów, tkanek i komórek. Każda komórka składa się z organelli, ale jednocześnie jest autonomiczna. Informacje dziedziczne są dostarczane przez geny, ale żaden pojedynczy gen nie może określić rozwoju określonej cechy.
4. Poziomy organizacji życia
Żywa natura to holistyczny, ale niejednorodny system, który charakteryzuje się hierarchiczną organizacją. System hierarchiczny to taki system, w którym części (lub elementy całości) są ułożone w kolejności od najwyższej do najniższej. Hierarchiczna zasada organizacji umożliwia wyodrębnienie odrębnych poziomów w żywej przyrodzie, co jest bardzo wygodne przy badaniu życia jako złożonego zjawiska naturalnego. Istnieją trzy główne etapy życia: mikrosystemy, mezosystemy i makrosystemy.
Mikrosystemy (stadium przedorganizmowe) obejmują poziomy molekularne (molekularno-genetyczne) i subkomórkowe.
Mezosystemy (stadium organizmu) obejmują poziomy komórkowe, tkankowe, narządowe, ogólnoustrojowe, organizmowe (organizm jako całość) lub ontogenetyczne.
Makrosystemy (stadium supraorganistyczne) obejmują poziomy populacyjne, biocenotyczne i globalne (biosferę jako całość). Na każdym poziomie można wyróżnić elementarną jednostkę i zjawisko.
Jednostka elementarna (EE) to struktura (lub obiekt), której regularne zmiany (zjawiska elementarne, EE) przyczyniają się do rozwoju życia na danym poziomie.
Poziomy hierarchiczne:
1) molekularny poziom genetyczny. EE jest reprezentowany przez genom. Gen to fragment cząsteczki DNA (a w niektórych wirusach także cząsteczka RNA), która jest odpowiedzialna za tworzenie dowolnej cechy. Informacja zawarta w kwasach nukleinowych jest realizowana poprzez syntezę macierzy białek;
2) poziom subkomórkowy. EE jest reprezentowana przez pewną strukturę subkomórkową, tj. Organellę, która spełnia swoje nieodłączne funkcje i przyczynia się do pracy komórki jako całości;
3) poziom komórkowy. EE to komórka, która jest niezależnie funkcjonującym podstawowym systemem biologicznym. Dopiero na tym poziomie możliwa jest realizacja informacji genetycznej i procesy biosyntezy. W przypadku organizmów jednokomórkowych poziom ten pokrywa się z poziomem organizmu. EE to reakcje metabolizmu komórkowego, które stanowią podstawę przepływów energii, informacji i materii;
4) poziom tkanek. Tkankę (EE) tworzy zestaw komórek o tym samym typie organizacji. Poziom wzrósł wraz z pojawieniem się organizmów wielokomórkowych o mniej lub bardziej zróżnicowanych tkankach. Tkanka funkcjonuje jako całość i ma właściwości żywej istoty;
5) poziom narządów. Powstaje wraz z funkcjonującymi komórkami należącymi do różnych tkanek (EE). Tylko cztery główne tkanki są częścią organów organizmów wielokomórkowych, sześć głównych tkanek tworzy organy roślin;
6) poziom organizmu (ontogenetyczny). EE jest jednostką w swoim rozwoju od momentu narodzin do zakończenia jej istnienia jako systemu żywego. EI to regularne zmiany w organizmie w procesie indywidualnego rozwoju (ontogeneza). W procesie ontogenezy, w określonych warunkach środowiskowych, informacja dziedziczna jest ucieleśniana w strukturach biologicznych, tj. na podstawie genotypu osobnika powstaje jego fenotyp;
7) poziom populacyjno-gatunkowy. EE to populacja, czyli zbiór osobników (organizmów) tego samego gatunku zamieszkujących to samo terytorium i swobodnie krzyżujących się. Populacja posiada pulę genów, czyli całość genotypów wszystkich osobników. Wpływ na pulę genów elementarnych czynników ewolucyjnych (mutacje, wahania liczebności osobników, dobór naturalny) prowadzi do zmian istotnych ewolucyjnie (ER);
8) poziom biocenotyczny (ekosystemowy). EE - biocenoza, czyli historycznie ugruntowana stabilna społeczność populacji różnych gatunków, połączona ze sobą oraz z otaczającą przyrodą nieożywioną poprzez wymianę substancji, energii i informacji (cykli), które reprezentują EE;
9) poziom biosfery (globalny). EE - biosfera (obszar dystrybucji życia na Ziemi), czyli pojedynczy kompleks planetarny biogeocenoz, różniący się składem gatunkowym i charakterystyką części abiotycznej (nieożywionej). Biogeocenozy determinują wszystkie procesy zachodzące w biosferze;
10) poziom nosferyczny. Ta nowa koncepcja została sformułowana przez akademika V. I. Vernadsky'ego. Założył doktrynę Noosfery jako sfery umysłu. Jest to integralna część biosfery, która ulega zmianom w wyniku działalności człowieka.
WYKŁAD nr 2. Skład chemiczny układów żywych. Biologiczna rola białek, polisacharydów, lipidów i ATP
1. Przegląd budowy chemicznej komórki
Wszystkie żywe układy zawierają pierwiastki chemiczne w różnych proporcjach i zbudowane z nich związki chemiczne, zarówno organiczne, jak i nieorganiczne.
Zgodnie z zawartością ilościową w komórce wszystkie pierwiastki chemiczne dzielą się na 3 grupy: makro-, mikro- i ultramikroelementy.
Makroelementy stanowią do 99% masy komórek, z czego do 98% stanowią 4 pierwiastki: tlen, azot, wodór i węgiel. W mniejszych ilościach komórki zawierają potas, sód, magnez, wapń, siarkę, fosfor i żelazo.
Pierwiastki śladowe to głównie jony metali (kobalt, miedź, cynk itp.) oraz halogeny (jod, brom itp.). Zawarte są w ilościach od 0,001% do 0,000001%.
Ultramikroelementy. Ich stężenie wynosi poniżej 0,000001%. Należą do nich złoto, rtęć, selen itp.
Związek chemiczny to substancja, w której atomy jednego lub więcej pierwiastków chemicznych są połączone ze sobą wiązaniami chemicznymi. Związki chemiczne są nieorganiczne i organiczne. Nieorganiczne obejmują wodę i sole mineralne. Związki organiczne to związki węgla z innymi pierwiastkami.
Głównymi związkami organicznymi komórki są białka, tłuszcze, węglowodany i kwasy nukleinowe.
2. Biopolimery Białka
Są to polimery, których monomerami są aminokwasy. Składają się głównie z węgla, wodoru, tlenu i azotu. Cząsteczka białka może mieć 4 poziomy organizacji strukturalnej (struktury pierwszorzędowe, drugorzędowe, trzeciorzędowe i czwartorzędowe).
Funkcje białka:
1) ochronny (interferon jest intensywnie syntetyzowany w organizmie podczas infekcji wirusowej);
2) strukturalne (kolagen jest częścią tkanek, uczestniczy w tworzeniu blizn);
3) motoryczny (miozyna bierze udział w skurczu mięśni);
4) zapasowe (albumy jaja);
5) transport (hemoglobina erytrocytów przenosi składniki odżywcze i produkty przemiany materii);
6) receptor (białka receptorowe zapewniają rozpoznawanie przez komórkę substancji i innych komórek);
7) regulatorowe (białka regulatorowe warunkują aktywność genów);
8) białka hormonalne biorą udział w regulacji humoralnej (insulina reguluje poziom cukru we krwi);
9) białka enzymatyczne katalizują wszystkie reakcje chemiczne w organizmie;
10) energia (rozkład 1 g białka uwalnia 17 kJ energii).
Węglowodany
Są to mono- i polimery, które zawierają węgiel, wodór i tlen w stosunku 1:2:1.
Funkcje węglowodanów:
1) energia (przy rozpadzie 1 g węglowodanów uwalniane jest 17,6 kJ energii);
2) strukturalne (celuloza, która jest częścią ściany komórkowej roślin);
3) magazynowanie (dostawa składników odżywczych w postaci skrobi w roślinach i glikogenu u zwierząt).
Tłuszcze (lipidy) mogą być proste lub złożone. Proste cząsteczki lipidowe składają się z trójwodorotlenowego alkoholu glicerolu i trzech reszt kwasów tłuszczowych. Lipidy złożone to związki prostych lipidów z białkami i węglowodanami.
Funkcje lipidowe:
1) energia (przy rozpadzie 1 g lipidów powstaje 38,9 kJ energii);
2) strukturalne (fosfolipidy błon komórkowych tworzące dwuwarstwę lipidową);
3) magazynowanie (dostarczanie składników odżywczych w tkance podskórnej i innych narządach);
4) ochronne (tkanka podskórna i warstwa tłuszczu wokół narządów wewnętrznych chronią je przed uszkodzeniami mechanicznymi);
5) regulacyjne (hormony i witaminy zawierające lipidy regulują metabolizm);
6) termoizolacyjny (tkanka podskórna zatrzymuje ciepło). ATP
Cząsteczka ATP (kwas adenozynotrifosforowy) składa się z azotowej zasady adeniny, pięciowęglowego cukru rybozy i trzech reszt kwasu fosforowego połączonych wiązaniem makroergicznym. ATP jest produkowany w mitochondriach poprzez fosforylację. Podczas jej hydrolizy uwalniana jest duża ilość energii. ATP jest głównym makroergiem komórki - akumulatorem energii w postaci energii wysokoenergetycznych wiązań chemicznych.
WYKŁAD nr 3. Kwasy nukleinowe. Biosynteza białek
Kwasy nukleinowe to biopolimery zawierające fosfor, których monomerami są nukleotydy. Łańcuchy kwasów nukleinowych obejmują od kilkudziesięciu do setek milionów nukleotydów.
Istnieją 2 rodzaje kwasów nukleinowych - kwas dezoksyrybonukleinowy (DNA) i kwas rybonukleinowy (RNA). Nukleotydy tworzące DNA zawierają węglowodan, dezoksyrybozę, podczas gdy RNA zawiera rybozę.
1. DNA
Z reguły DNA jest helisą składającą się z dwóch komplementarnych łańcuchów polinukleotydowych skręconych w prawo. W skład nukleotydów DNA wchodzą: zasada azotowa, dezoksyryboza i reszta kwasu fosforowego. Zasady azotowe dzielą się na purynę (adeninę i guaninę) oraz pirymidynę (tymina i cytozyna). Dwa łańcuchy nukleotydów są połączone ze sobą zasadami azotowymi na zasadzie komplementarności: dwa wiązania wodorowe występują między adeniną i tyminą, a trzy między guaniną i cytozyną.
Funkcje DNA:
1) zapewnia zachowanie i przekazywanie informacji genetycznej z komórki do komórki iz organizmu do organizmu, co wiąże się z jej zdolnością do replikacji;
2) regulacja wszystkich procesów zachodzących w komórce, zapewniona przez zdolność do transkrypcji z późniejszą translacją.
Proces samoreprodukcji (autoreprodukcji) DNA nazywa się replikacją. Replikacja zapewnia kopiowanie informacji genetycznej i jej przekazywanie z pokolenia na pokolenie, tożsamość genetyczną komórek potomnych powstałych w wyniku mitozy oraz stałość liczby chromosomów podczas mitotycznego podziału komórki.
Replikacja następuje w syntetycznym okresie interfazy mitozy. Enzym replikaza porusza się między dwiema nićmi helisy DNA i rozrywa wiązania wodorowe między zasadami azotowymi. Następnie do każdego z łańcuchów, przy użyciu enzymu polimerazy DNA, nukleotydy łańcuchów potomnych są uzupełniane zgodnie z zasadą komplementarności. W wyniku replikacji powstają dwie identyczne cząsteczki DNA. Ilość DNA w komórce podwaja się. Ta metoda powielania DNA nazywana jest semikonserwatywną, ponieważ każda nowa cząsteczka DNA zawiera jeden „stary” i jeden nowo zsyntetyzowany łańcuch polinukleotydowy.
Podręcznik odzwierciedla obecny stan nauki na temat ogólnych wzorców powstawania i rozwoju życia na Ziemi. Część I podręcznika zawiera działy: „Wstęp”, „Życie jako zjawisko naturalne”, „Biologia komórki”, „Rozmnażanie organizmów”, „Organizacja materiału dziedzicznego”, „Wzory dziedziczenia” i „Zmienność”.
Podręcznik przeznaczony jest dla studentów kierunków biologicznych, medycznych i rolniczych.
właściwości życia.
Organizmy żywe, w przeciwieństwie do ciał przyrody nieożywionej, charakteryzują się szeregiem właściwości, które są w istocie atrybutami życia: uporządkowaniem i specyficznością budowy, integralnością i dyskretnością, samoregulacją i homeostazą, samoreprodukcją i samoleczeniem, dziedziczność i zmienność, metabolizm i energia, wzrost i rozwój, drażliwość, ruch, samoregulacja, specyficzna relacja ze środowiskiem, starzenie się i śmierć, zaangażowanie w ciągły proces zmian historycznych żyjących (proces ewolucyjny). Te atrybuty życia są przedmiotem badań wielu niezależnych nauk biologicznych, których wyniki przedstawiane są poniżej w różnych rozdziałach podręcznika. Jednak niektóre z nich są rozsądnie klasyfikowane jako podstawowe i wymagają szczególnego rozważenia już na początku kursu biologii ogólnej.
Porządek i specyfika konstrukcji. Żywe organizmy zawierają te same pierwiastki chemiczne, co w obiektach dzikich zwierząt. Jednak w komórkach żywych istot występują one w postaci nie tylko związków nieorganicznych, ale także organicznych. Ponadto forma istnienia istot żywych ma bardzo istotne cechy szczególne, przede wszystkim złożoność i uporządkowanie, które wyróżniają zarówno molekularny, jak i supramolekularny poziom organizacji. Tworzenie porządku jest najważniejszą własnością żyjących. Porządkowi w przestrzeni towarzyszy porządek w czasie.
Spis treści
WSTĘP 3
ROZDZIAŁ 1. ŻYCIE JAKO ZJAWISKO NATURALNE 9
1.1. Definiowanie esencji życia 9
1.2. Podłoże życia 10
1.3. Właściwości życia 11
1.4. Podstawowe właściwości życia 12
1.5. Poziomy organizacji życia 13
ROZDZIAŁ 2. BIOLOGIA KOMÓRKI 16
2.1. Komórka jest elementarną strukturalno-funkcjonalną i genetyczną jednostką życia 16
2.2. Główne etapy rozwoju i obecny stan teorii komórki 16
2.3. Strukturalna organizacja komórek prokariotycznych i eukariotycznych 20
2.4. Aparat powierzchniowy 23
2.5. Aparat cytoplazmatyczny komórki 30
2.5.1. Hialoplazma 30
2.5.2. Organelle komórkowe (organelle) 32
2.5.2.1. Organelle błonowe (organelle) 34
2.5.2.2. Organelle niebłonowe (organelle) 41
2.6. Aparatura jądrowa komórki 49
2.7. Cykl życia komórki 55
2.7.1. Pojęcie cyklu życia komórki 55
2.7.2. Międzyfaza 56
2.7.2.1. Okres pomitotyczny 57
2.7.2.2. okres syntetyczny. Samopowielanie DNA 57
2.7.2.3. Okres premitotyczny 64
2.7.2.4. Okres mitotyczny 65
2.7.2.5. Odnowa komórek w populacjach komórek 69
2.7.2.6. Odpowiedź komórek na niekorzystne skutki 70
2.7.2.7. Dystrofia komórkowa 70
ROZDZIAŁ 3. REPRODUKCJA ORGANIZMÓW 73
3.1. Rozmnażanie jest uniwersalną własnością żywych. Ewolucja reprodukcji 73
3.2. Rozmnażanie bezpłciowe 73
3.2.1. Rozmnażanie bezpłciowe monocytogenne 73
3.2.2. Rozmnażanie bezpłciowe policytogenne 75
3.3. Rozmnażanie seksualne 76
3.3.1. Ewolucja rozmnażania płciowego 77
3.3.2. Gametogeneza 82
3.3.3. Nawożenie 91
3.4. Sposoby międzygatunkowej wymiany informacji biologicznej 92
3.5. Biologiczne aspekty dymorfizmu płciowego 95
ROZDZIAŁ 4. ORGANIZACJA MATERIAŁÓW DZIEDZICZNYCH 97
4.1. Przedmiot, zadania i metody genetyki. Etapy rozwoju genetyki 97
4.2. Strukturalne i funkcjonalne poziomy organizacji materiału dziedzicznego 100
4.3. Gen jako funkcjonalna jednostka dziedziczności. Klasyfikacja, właściwości i lokalizacja genów 102
4.4. Główne postanowienia chromosomowej teorii dziedziczności 108
ROZDZIAŁ 5. WZORY DZIEDZICZENIA
5.1. Dziedziczność jako właściwość zapewnienia ciągłości materialnej między pokoleniami 110
5.2. Rodzaje i wzory dziedziczenia 111
5.3. Fenotyp w wyniku realizacji genotypu w określonych warunkach środowiskowych 117
5.4. Koncepcje biologii molekularnej dotyczące budowy i funkcjonowania genów. Ekspresja genów i jej regulacja 118
5.5. Interakcja genów 122
5.5.1. Interakcja genów allelicznych 122
5.5.2. Interakcja genów nie allelicznych 125
5.6. Plejotropia 129
5.7. Wielokrotny allelizm 131
5.8. wyrazistość i przenikliwość. Genokopie 133
5.9. Inżynieria genetyczna 134
ROZDZIAŁ 6. ZMIENNOŚĆ 137
6.1. Zmienność jako uniwersalna właściwość żywych 137
6.2. Zmienność modyfikacji, jej adaptacyjny charakter, znaczenie ontogenezy i ewolucji 138
6.3. Statystyczne metody badania zmienności modyfikacji 143
6.4. Zmienność genotypowa. Mechanizmy i biologiczne 146.
Pobierz bezpłatnie e-booka w wygodnym formacie, obejrzyj i przeczytaj:
Pobierz książkę General Biology, Part 1, Sych VF, 2005 - fileskachat.com, szybko i bezpłatnie pobierz.
Warunkiem wstępnym stworzenia teorii komórki było wynalezienie i udoskonalenie mikroskopu oraz odkrycie komórek (1665, R. Hooke - podczas badania kawałka kory drzewa korkowego, czarnego bzu itp.). Prace znanych mikroskopistów: M. Malpighi, N. Gru, A. van Leeuwenhoeka - umożliwiły zobaczenie komórek organizmów roślinnych. A. van Leeuwenhoek odkrył w wodzie organizmy jednokomórkowe. Najpierw zbadano jądro komórkowe. R. Brown opisał jądro komórki roślinnej. Ya E. Purkine wprowadził pojęcie protoplazmy - płynnej galaretowatej zawartości komórkowej.
Niemiecki botanik M. Schleiden jako pierwszy doszedł do wniosku, że każda komórka ma jądro. Założycielem CT jest niemiecki biolog T. Schwann (wraz z M. Schleiden), który w 1839 r. opublikował pracę „Badania mikroskopowe nad zgodnością w budowie i wzroście zwierząt i roślin”. Jego przepisy:
1) komórka - główna jednostka strukturalna wszystkich żywych organizmów (zarówno zwierząt, jak i roślin);
2) jeśli w jakiejkolwiek formacji znajduje się jądro widoczne pod mikroskopem, można je uznać za komórkę;
3) proces powstawania nowych komórek warunkuje wzrost, rozwój, różnicowanie komórek roślinnych i zwierzęcych. Uzupełnienia do teorii komórkowej wprowadził niemiecki naukowiec R. Virchow, który w 1858 r. opublikował swoją pracę „Patologia komórkowa”. Udowodnił, że komórki potomne powstają przez podział komórek macierzystych: każda komórka z komórki. Pod koniec XIX wieku. mitochondria, kompleks Golgiego i plastydy znaleziono w komórkach roślinnych. Chromosomy wykryto po wybarwieniu dzielących się komórek specjalnymi barwnikami. Nowoczesne przepisy CT
1. Komórka - podstawowa jednostka budowy i rozwoju wszystkich organizmów żywych, jest najmniejszą jednostką strukturalną żyjących.
2. Komórki wszystkich organizmów (zarówno jednokomórkowych, jak i wielokomórkowych) są podobne pod względem składu chemicznego, budowy, podstawowych przejawów metabolizmu i aktywności życiowej.
3. Reprodukcja komórek następuje przez ich podział (każda nowa komórka powstaje podczas podziału komórki macierzystej); w złożonych organizmach wielokomórkowych komórki mają różne kształty i specjalizują się zgodnie z ich funkcjami. Podobne komórki tworzą tkanki; tkanki składają się z narządów, które tworzą układy narządów, są ściśle ze sobą powiązane i podlegają nerwowym i humoralnym mechanizmom regulacji (w organizmach wyższych).
Znaczenie teorii komórki
Stało się jasne, że komórka jest najważniejszym składnikiem organizmów żywych, ich głównym składnikiem morfofizjologicznym. Komórka jest podstawą organizmu wielokomórkowego, miejscem procesów biochemicznych i fizjologicznych w organizmie. Na poziomie komórkowym ostatecznie zachodzą wszystkie procesy biologiczne. Teoria komórki pozwoliła wyciągnąć wniosek o podobieństwie składu chemicznego wszystkich komórek, ogólnym planie ich budowy, co potwierdza jedność filogenetyczną całego świata żywego.
2. Definicja życia na obecnym etapie rozwoju nauki”
Trudno podać pełną i jednoznaczną definicję pojęcia życia, biorąc pod uwagę ogromną różnorodność jego przejawów. W większości definicji pojęcia życia, które były podawane przez wielu naukowców i myślicieli na przestrzeni wieków, brano pod uwagę wiodące cechy odróżniające żywych od nieożywionych. Na przykład Arystoteles powiedział, że życie to „odżywianie, wzrost i degradacja” ciała; A. L. Lavoisier zdefiniował życie jako „funkcję chemiczną”; G. R. Treviranus uważał, że życie jest „stabilną jednolitością procesów z różnicą wpływów zewnętrznych”. Jasne jest, że takie definicje nie mogły zadowolić naukowców, ponieważ nie odzwierciedlały (i nie mogły odzwierciedlać) wszystkich właściwości żywej materii. Ponadto obserwacje pokazują, że właściwości żywych nie są wyjątkowe i niepowtarzalne, jak się wcześniej wydawało, występują osobno wśród obiektów nieożywionych. AI Oparin zdefiniował życie jako „szczególną, bardzo złożoną formę ruchu materii”. Definicja ta odzwierciedla jakościową oryginalność życia, której nie można sprowadzić do prostych praw chemicznych lub fizycznych. Jednak nawet w tym przypadku definicja ma charakter ogólny i nie ujawnia specyfiki tego ruchu.
F. Engels w „Dialectics of Nature” napisał: „Życie jest sposobem istnienia ciał białkowych, których zasadniczym punktem jest wymiana materii i energii ze środowiskiem”.
Dla praktycznego zastosowania przydatne są te definicje, które zawierają podstawowe właściwości, które są nieodłącznie nieodłączne od wszystkich żywych form. Oto jeden z nich: życie jest makromolekularnym układem otwartym, który charakteryzuje się hierarchiczną organizacją, zdolnością do samoodtwarzania, samozachowawczym i samoregulacyjnym, metabolizmem, precyzyjnie regulowanym przepływem energii. Zgodnie z tą definicją życie jest rdzeniem porządku rozprzestrzeniającym się w mniej uporządkowanym wszechświecie.
Życie istnieje w formie systemów otwartych. Oznacza to, że każda żywa forma nie jest zamknięta tylko w sobie, ale nieustannie wymienia materię, energię i informacje z otoczeniem.
3. Podstawowe właściwości materii żywej
Te właściwości w kompleksie charakteryzują każdy żywy system i ogólnie życie:
1) samoaktualizacja. Związany z przepływem materii i energii. Podstawą metabolizmu są zrównoważone i wyraźnie powiązane ze sobą procesy asymilacji (anabolizm, synteza, tworzenie nowych substancji) i dyssymilacji (katabolizm, rozpad). W wyniku asymilacji struktury ciała są aktualizowane i powstają nowe części (komórki, tkanki, części narządów). Dysymilacja warunkuje rozkład związków organicznych, dostarcza komórce materię plastyczną i energię. Do powstania nowego potrzebny jest stały napływ niezbędnych substancji z zewnątrz, aw procesie życia (w szczególności dyssymilacji) powstają produkty, które należy wprowadzić do środowiska zewnętrznego;
2) samoreprodukcja. Zapewnia ciągłość między kolejnymi generacjami systemów biologicznych. Ta właściwość jest związana z przepływami informacji osadzonymi w strukturze kwasów nukleinowych. W związku z tym żywe struktury są stale odtwarzane i aktualizowane, nie tracąc ich podobieństwa do poprzednich pokoleń (pomimo ciągłego odnawiania się materii). Kwasy nukleinowe są w stanie przechowywać, przekazywać i odtwarzać informacje dziedziczne, a także realizować je poprzez syntezę białek. Informacje przechowywane w DNA są przenoszone do cząsteczki białka za pomocą cząsteczek RNA;
3) samoregulacja. Opiera się na zestawie przepływów materii, energii i informacji przez żywy organizm;
4) drażliwość. Wiąże się z przekazywaniem informacji z zewnątrz do dowolnego układu biologicznego i odzwierciedla reakcję tego układu na bodziec zewnętrzny. Dzięki drażliwości organizmy żywe są w stanie wybiórczo reagować na warunki środowiska i wydobywać z niego tylko to, co jest niezbędne do ich egzystencji. Drażliwość jest związana z samoregulacją żywych systemów zgodnie z zasadą sprzężenia zwrotnego: produkty odpadowe mogą mieć hamujący lub stymulujący wpływ na te enzymy, które były na początku długiego łańcucha reakcji chemicznych;
5) utrzymanie homeostazy (z gr. homoios - "podobny, identyczny" i stazy - "nieruchomość, stan") - względna dynamiczna stałość środowiska wewnętrznego organizmu, parametry fizykochemiczne istnienia układu;
6) organizacja strukturalna - pewien porządek, harmonia systemu żywego. Znajduje się w badaniu nie tylko pojedynczych organizmów żywych, ale także ich agregatów w związku ze środowiskiem - biogeocenoz;
7) adaptacja - zdolność żywego organizmu do ciągłej adaptacji do zmieniających się warunków bytowania w środowisku. Opiera się na drażliwości i jej charakterystycznych adekwatnych reakcjach;
- W kontakcie z 0
- Google+ 0
- ok 0
- Facebook 0
